专利名称：一种激光光束参数测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光检测应用技术领域，特别是一种激光光束参数测量装置。
背景技术：
随着科学技术的发展，激光技术在国民经济建设中起到了举足轻重的作用。在光显示、光信息处理、光通讯、光医疗、光制造、光检测等领域都有着广泛的应用。目前，激光技术的应用程度已经成为衡量一个国家工业技术先进性的重要标志之一。激光光束质量则是衡量激光产品性能的重要标准，给出激光光束质量的科学评价，对激光器设计及应用具有极其重要的意义。1988年，Siegman建议采用M2因子描述激光光束质量，M2因子反映了激光近场特性的光束束腰和表示远场特性的发散角，又表征了激光高亮度、高空间相干性和方向性，M2因子法克服了常用的光束质量评价方法的局限，较合理地描述了激光束质量，被国际光学界所公认，并为国际标准化组织(ISO)予以推荐。目前，美国的 Coherent Inc. , Spiricon Inc. , Photon Inc. , Thorlabslnc., DATARAY Inc.及英国Lambdaphoto Inc.等单位已有商业化的激光光束质量M2因子测量仪，如Photon Inc.公司研制的M2_200、Thorlabs Inc.公司研制的BP-109等。我国的有关科研机构也申报了相应的专利。如中国科学院上海光学精密机械研究所申请的“激光光束质量M2因子实时检测仪”(专利申请号为200510030096. 7)，其构成包括同光路的依次的聚焦透镜、光栅组、光路调整器、CCD，该CCD的输出端通过信号线与计算机相连；该发明既能方便地对激光光束质量M2因子进行实时测量，系统结构又简单紧凑。又如长春理工大学申请的“嵌入式激光光束质量测量装置”(专利申请号为200810051666. 4)，包括光学单元、机械单元和电子学单元水个部分，具有体积小、工作无需个人计算机，使用方便等优点。 这些现有的激光光束质量测量仪器，通常探测器件都远离测量窗口，而测量时需要探测器测量光路不同位置处的光斑，这就需要操作人员调整被测激光器出射的激光-束在整个测量过程中均处于探测器的探测面上，并保证在探测面的同一位置以减小测量误差。由于多数情况下，测量仪的进光口到探测器之间的光路是密封的，因而，其光路调整较为困难。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种便于仪器操作人员调整测量光路、并能提高测量装置的测量精度的激光光束参数测量仪器。本发明所采取的技术方案是发明一种激光光束参数测量装置包括测量光路、图像采集卡3以及计算机7 ；还包括有由滑块9、一维运动台12和控制器14构成的光程调节
装置；所述的测量光路是由聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2、直角棱镜C5、光强调节器6和相机4构成；所述的聚焦透镜1为正透镜；所述的直角棱镜A8和直角棱镜B2为等腰直角棱镜，其各自的两个直角面上镀有高反射膜；所述的直角棱镜C5为等腰直角棱镜；直角棱镜A8装置在滑块9上，滑块9装置在一维运动台12上；相机4、图像采集卡3、计算机7依次连接；计算机7还通过控制器14分别连接光强调节器6和一维运动台 12 ；聚焦透镜1的光轴呈水平状装置；直角棱镜A8的非直角面朝向聚焦透镜1、并呈垂直方向装置；直角棱镜B2的非直角面呈垂直方向、且与直角棱镜A8的非直角面相对地装置在聚焦透镜1的下部；直角棱镜C5的非直角面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置光强调节器6 ；相机4装置在光强调节器6的下部。所述的光强调节器6是吸收型双光楔光强强度连续调节器。所述的光强调节器6是电光型光强度连续调节器。直角棱镜A(8)和直角棱镜B(2)的直角面上镀有对400-1100nm波段高反射膜。所述的相机4为CXD模拟相机或CXD数字相机或CMOS数字相机。还包括有由指示光源13、反射镜B11、反射镜A10、直角棱镜C5、直角棱镜B2、直角棱镜A8及聚焦透镜1构成的指示光路；反射镜AlO装置在直角棱镜C5的右边，其反射面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置反射镜Bll ；反射镜Bll的反射面对应右上方向、且与水平方向呈45度角装置，其右边装置指示光源13 ；测量光路和指示光路在聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2和直角棱镜C5间共光路。所述的指示光源13为632. Snm波长、TEMcitl模式输出的氦氖激光器。本发明的激光光束参数测量装置，采用在激光光束参数测量装置内部置入指示光源，并且指示光路与测量装置的测量光路同光轴，从而为测量时调整光路提供参考，便于操作人员进行外部测量光路的调整。此外，该激光光束参数测量装置内部采用吸收型双光楔或电光型光强度连续调节器，提高了相机测量时的采样精度，从而提高了激光光束参数测量精度。
图1是本发明的结构原理示意图。图中1是聚焦透镜，2是直角棱镜B，3是图像采集卡，4是相机，5是直角棱镜C， 6是光强调节器，7是计算机，8是直角棱镜A，9是滑块，10是反射镜A，11是反射镜B，12是一维运动台，13是指示光源，14是控制器。
具体实施例方式以下结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。本实施例是由测量光路、光程调节装置、指示光路以及图像采集卡3和计算机7构成。测量光路包括聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2、直角棱镜C5、光强调节器6 和相机4，光程调节装置包括滑块9、一维运动台12和控制器14，指示光路包括指示光源 13、反射镜B11、反射镜A10、直角棱镜C5、直角棱镜B2、直角棱镜A8及聚焦透镜1。
聚焦透镜1为平凸型正透镜，直角棱镜A8和直角棱镜B2为等腰直角棱镜，其各自的两个直角面上镀有高反射膜(该膜是对400-1 IOOnm波段高反射膜)，直角棱镜C5为等腰直角棱镜，光强调节器6可以是吸收型双光楔光强强度连续调节器(即由两个吸收型直角光楔斜面平行放置所构成的强度连续调节器)或者是电光型光强度连续调节器或者是其它类型的光强调节器，相机4为CCD模拟相机或CCD数字相机或CMOS相机。(优选1/2英寸 Si CCD数字相机，像素8. 6umx8. 3um，光谱响应范围190-1 IOOnm)，指示光源13为632. 8nm 波长、TEM00模式输出的氦氖激光器。直角棱镜A8装置在滑块9上，滑块9装置在一维运动台12 (—维运动台12本例采用电控平移台，行程为300mm，重复定位精度为士 10um，运动分辨率10um，步进电机步距角为1.8度)上；相机4、图像采集卡3、计算机7由信号线依次连接；计算机7还通过控制器14分别由信号线连接光强调节器6和一维运动台12。聚焦透镜1的光轴呈水平状装置；直角棱镜A8的非直角面朝向聚焦透镜1、并呈垂直方向装置；直角棱镜B2的非直角面呈垂直方向、且与直角棱镜A8的非直角面相对地装置在聚焦透镜1的下部；直角棱镜C5的非直角面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置光强调节器6 ；相机4装置在光强调节器6的下部；反射镜AlO装置在直角棱镜C5的右边，其反射面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置反射镜 Bll ；反射镜Bll的反射面对应右上方向、且与水平方向呈45度角装置(反射镜AlO与反射镜Bll平行)，其右边装置指示光源13 ；测量光路和指示光路在聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2和直角棱镜C5间共光路。使用时，聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2、直角棱镜C5、光强调节器6和相机 4构成激光光束参数测量装置的测量光路，被测激光器输出的激光束沿着聚焦透镜1的光轴入射，并被聚焦透镜1聚焦，经过直角棱镜A8、直角棱镜B2和直角棱镜C5折转光路后通过光强调节器6，最后入射到相机4的探测面中心，图像采集卡3将相机4采集到的激光光斑图像传送给计算机7，控制器14根据计算机7获得的图像数据来判断相机4是否饱和，并依据判断结果控制光强调节器6，以使得入射激光光斑的强度处于相机4设定的测试范围； 测量完一个位置的光斑后，通过一维运动台12带动与滑块9固定在一起的直角棱镜A8沿聚焦透镜1的光轴方向移动来改变聚焦透镜1到相机4间的光程，运动过程中保证相机4 的探测面中心始终在聚焦透镜1的光轴上，即被测激光光斑始终位于相机4的探测面中心， 从而实现相机4测量轴向不同位置的光斑尺寸，根据设定的双曲线方程来拟合出双曲线方程的系数，然后根据双曲线方程系数与激光束的束腰半径Qci、发散半角θ、光束参数乘积 BPP及光束质量M2因子间关系式来求解出相应的值。根据光斑光强中心位置与光束强度分布的一阶矩间关系
权利要求
1.一种激光光束参数测量装置，包括测量光路和图像采集卡( 以及计算机(7)；其特征在于还包括有由滑块(9)、一维运动台(1 和控制器(14)构成的光程调节装置；所述的测量光路是由聚焦透镜(1)、直角棱镜A(8)、直角棱镜BO)、直角棱镜C(5)、光强调节器(6)和相机(4)构成；所述的聚焦透镜(1)为正透镜；所述的直角棱镜A (8)和直角棱镜BQ)为等腰直角棱镜，其各自的两个直角面上镀有高反射膜；所述的直角棱镜C 为等腰直角棱镜；直角棱镜A(8)装置在滑块(9)上，滑块(9)装置在一维运动台(1 上；相机、图像采集卡(3)、计算机(7)依次连接；计算机(7)还通过控制器(14)分别连接光强调节器 (6)和一维运动台(12)；聚焦透镜(1)的光轴呈水平状装置；直角棱镜A(8)的非直角面朝向聚焦透镜(1)、并呈垂直方向装置；直角棱镜B(2)的非直角面呈垂直方向、且与直角棱镜A(8)的非直角面相对地装置在聚焦透镜(1)的下部；直角棱镜C 的非直角面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置光强调节器(6)；相机(4)装置在光强调节器(6)的下部。
2.根据权利要求1所述的激光光束参数测量装置，其特征在于所述的光强调节器(6) 是由吸收型双光楔光强强度连续调节器。
3.根据权利要求1所述的激光光束参数测量装置，其特征在于所述的光强调节器(6) 是电光型光强度连续调节器。
4.根据权利要求2或3所述的激光光束参数测量装置，其特征在于直角棱镜A(8)和直角棱镜B (2)的直角面上镀有对400-1100nm波段高反射膜。
5.根据权利要求4所述的激光光束参数测量装置，其特征在于所述的相机(4)为CCD 模拟相机或CCD数字相机或CMOS相机。
6.根据权利要求5所述的激光光束参数测量装置，其特征在于还包括有由指示光源 (13)、反射镜8(11)、反射镜八(10)、直角棱镜((5)、直角棱镜^2)、直角棱镜八(8)及聚焦透镜(1)构成的指示光路；反射镜A(IO)装置在直角棱镜C 的右边，其反射面对应左下方向、且与水平方向呈45度角装置，其下部装置反射镜B(Il)；反射镜B(Il)的反射面对应右上方向、且与水平方向呈45度角装置，其右边装置指示光源(1 ；测量光路和指示光路在聚焦透镜(1)、直角棱镜A(8)、直角棱镜BQ)和直角棱镜C 间共光路。
7.根据权利要求6所述的激光光束参数测量装置，其特征在于所述的指示光源(13) 为632. Snm波长、TEMOO模式输出的氦氖激光器。
全文摘要
本发明公开的激光光束参数测量装置，涉及激光检测应用技术领域，是由测量光路、光程调节装置、指示光路以及图像采集卡3和计算机7构成；测量光路包括聚焦透镜1、直角棱镜A8、直角棱镜B2、直角棱镜C5、光强调节器6和相机4，光程调节装置包括滑块9、一维运动台12和控制器14，指示光路包括指示光源13、反射镜B11、反射镜A10、直角棱镜C5、直角棱镜B2、直角棱镜A8及聚焦透镜1。本发明具有便于仪器操作人员调整测量光路、并能提高测量装置的测量精度等特点，适用于光显示、光信息处理、光通讯、光医疗、光制造、光检测等各类激光应用设备中激光器的光束参数测量与评价。
文档编号G01J1/04GK102175311SQ20111004405
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月19日 优先权日2011年2月19日
发明者欧阳国平 申请人:欧阳国平